2.92型氣密封轉接器裝配工藝研究

康甜甜

(陜西華達科技股份有限公司，陜西西安，710000)

1 引言

2.92型氣密封轉接器(以下簡稱轉接器)用于實現(xiàn)50MHz～40GHz毫米波頻段的射頻信號傳輸，其典型結構如圖1所示。轉接器由內(nèi)導體、外導體、介質支撐組成，其中內(nèi)導體為鈹青銅材質的彈性件，外導體為可伐合金材質的金屬件，介質支撐由具備氣密封功能的玻璃構成。由于轉接器傳輸段介質種類較多，阻抗補償方式較多，需要研究恰當?shù)难b配方法，使用工裝實現(xiàn)精確定位，確保裝配成品滿足設計意圖。

1PEI；2內(nèi)導體；3壓套；4襯套

2 設計要求

2.1 2.92型氣密封轉接器主要性能指標

2.92型氣密封轉接器主要性能指標如表1所示。

表1 主要性能指標

2.2 傳輸段結構分析

如圖2所示，傳輸段分為空氣段、混合介質段和玻璃段三部分。

空氣段，外、內(nèi)導體直徑比接近2.3，符合經(jīng)典阻抗公式，阻抗約49.95Ω；混合介質段由PEI(ε=3.15)和空氣組成，通過電磁仿真確定PEI和空氣的占比，該段阻抗約49.5Ω～49.9Ω；玻璃段由玻璃組成(ε=4.00)，外、內(nèi)導體直徑比5.3，阻抗50Ω。所以，傳輸段各段阻抗匹配50Ω。

1空氣段；2混合介質段；3玻璃段；

空氣段與PEI過渡，通過在PEI上挖槽和打孔進行高阻補償，空氣段與玻璃段通過縮短插孔長度預留高阻補償。所以，傳輸段介質過渡處均已補償。

2.3 關鍵工藝控制點

通過對傳輸段結構的分析可知，傳輸段各段阻抗匹配。設計考慮內(nèi)導體采用一體結構保證電連續(xù)性，并降低體電阻，所以PEI介質需要切開裝配，PEI材料的切割方法和裝配方法影響內(nèi)外導體同軸度，進而影響電壓駐波比。

空氣與玻璃過渡處的高阻補償完全依賴于裝配后插孔與玻璃面間的距離，通過電磁仿真發(fā)現(xiàn)該尺寸對電壓駐波比影響很大。

由于轉接器使用頻率高達40GHz，連接器界面處引入的高阻肯定會對電壓駐波比造成影響。

綜上所述，影響轉接器電性能的工藝過程主要有：

(1)PEI介質的裝配；

(2)空氣段與玻璃間補償長度的保證；

(3)轉接器界面尺寸的控制。

3 工藝過程分析

3.1 PEI介質的裝配工藝

PEI設計結構如圖3所示，介質兩端面設計有環(huán)形槽，在圓周方向均勻分布4個空氣孔，要求PEI從四孔對稱軸切開，考慮到切斷無法拼接還原的情況，切割時需要保留1/5連接。

圖3 PEI結構示意圖

對PEI介質的切割會形成切割縫隙，切割縫隙會導致裝配不同軸。對同軸連接器來說，同軸度的大小直接影響VSWR。假設不同軸度為e，如圖4所示。

圖4 不同軸示意圖

由于內(nèi)外導體不同軸，所產(chǎn)生的阻抗誤差為：

由電磁仿真可得：傳輸段阻抗在49.5Ω～50Ω時電壓駐波比滿足設計要求。因此由同軸度引起的阻抗誤差為49.75±0.25Ω，取ΔZ=0.25，D=3.1,d=0.8，計算得e≈0.097mm，即允許不同軸度為±0.097mm。

根據(jù)同軸度計算結果，我們采用小縫隙切割法對PEI絕緣子進行切縫處理。切割效果如圖5所示。

圖5 PEI切割效果圖

將20只切割后的絕緣子與插孔裝配后計量同軸度，數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 同軸度計量數(shù)據(jù)

a)空氣段與玻璃間的補償長度的保證

如圖7所示，連接器設計時考慮到不同介質過渡造成的阻抗突變，在此處預留了高阻補償，根據(jù)仿真參掃的結果(如圖8所示)可知，L=0.02mm～0.06mm時，電壓駐波比符合設計要求。

圖7 高阻補償位置

圖8 參掃駐波對比

為了保證裝配尺寸L滿足0.02mm～0.06mm的要求，機加工藝需要嚴格控制零件尺寸，減小裝配累積公差。將裝配定位面更改為外殼孔底，并要求孔底清根。尺寸鏈計算如圖9所示,L=B-A1-A2=0.06，L最大尺寸為0.06mm，滿足設計要求。

圖9 尺寸鏈計算

b)轉接器界面尺寸的保證

1插孔組件；2襯套；3定位工裝

3.2 產(chǎn)品電壓駐波比實測結果

各取30套零件，按裝配工藝優(yōu)化前后各裝配30只轉接器，電壓駐波比測試對比如表2和表3所示，典型測試報告如圖11和圖12所示。

表2 裝配工藝優(yōu)化前測試結果

表3 裝配工藝優(yōu)化后測試結果

圖11 優(yōu)化前測試曲線 圖12 優(yōu)化后典型測試報告

從以上對比表可見，裝配工藝優(yōu)化前轉接器合格率30%，裝配工藝優(yōu)化后轉接器合格率96%，裝配改進措施有效，成品率顯著提升。

5 結論

本文通過對2.92型氣密封轉接器進行結構分析，確定影響電性能的關鍵參數(shù)，針對關鍵參數(shù)控制，確定關鍵工藝過程。選擇合適的加工方法，確保零件滿足裝配要求；設計專用裝配工裝保證裝配精度；通過制定合理有效的裝配順序提高裝配的工藝性以及裝配成品的合格率，經(jīng)過小批量試制，工藝優(yōu)化措施有效。